智能紡織品具有感知、響應和反饋等三大要素,是未來紡織服裝的發展方向,也是各國軍方追求的目標。本文分析了目前典型的幾類智能紡織品的技術現狀和特點,并探討了其在軍用裝備上應用的可能性。
1概述
智能材料是模仿生命系統、具有感知和驅動雙重功能、對使用環境敏感且能對環境變化做出響應的材料,其顯著特點是將高技術的傳感器和執行元件與傳統材料結合在一起,賦予材料以新的性能,使無生命的材料具有越來越多生物所特有的屬性。感知、反饋、響應是其三大要素。智能紡織品是其中的一個重要分支,同時具有感知、反饋、響應的特性以及紡織品柔軟可穿用的特點。
能夠感知外界環境變化、并根據外界環境變化判斷作出應對措施、然后進行相應的結構或性能調整來適應外界環境的智能紡織品,一直以來都是各國軍方夢寐以求的。例如,能夠隨著環境顏色變化而調整自身顏色的“變色龍”迷彩紡織品,能夠自動調節溫度來適應環境溫度變化的紡織品,能夠遠程探測士兵生理參數、受傷部位及程度并進行調節和治療的電子信息紡織品,能夠在可見光波段實現隱身的高級智慧型功能紡織品等等,無一不是各國軍方追求的目標。
根據目前已有的報道和研究,典型的智能紡織品主要有以下幾大類:電子信息智能紡織品、變色紡織品、相變材料和智能調溫紡織品、形狀記憶高分子及紡織品、基于水凝膠的智能紡織品和基于人工周期性結構的隱身紡織材料。本文結合這幾類智能紡織品的特點以及軍用紡織品的應用要求等,就其研發現狀及其在軍用裝備方面的應用進行了探討。
2典型的智能紡織品及其在軍用裝備上的應用
2.1電子信息智能紡織品
微電子信息技術和紡織技術的完美結合,造就了電子信息智能紡織品。嚴格說來,該類紡織品表現為通過多種信息處理系統實現對多種信息的探測或處理,只是多個分系統的組合;是多功能的集合,還停留在功能材料的智慧水平,屬于消極智能紡織品。比如可穿戴的計算機、用以檢測人體生理指標的LifeShirt、用以探測彈傷位置的SmartShirt等。目前已商業化的部分電子信息智能服裝如表1所示。

微電子元件和紡織品的結合有3種技術水平:(1)模塊化技術:將電子元件作為紡織品的功能各自獨立,比如Philips–Levi’s的ICD款式的夾克;(2)嵌入式技術:電子元件被接合到紡織品的某一部分織物中,比如附加在織物上通過導電紗線連接的電路板,基于織物的柔性傳感器、整合電路等;(3)基于纖維的技術:部分或所有必須的電子元件及傳感器直接由纖維和織物構成。
無論何種技術水平,電子信息智能紡織品的關鍵技術在于電子元件的微小型化及柔性化。其中,電子元件的微小型化屬于電子技術范疇,而柔性化則大多需要通過紡織技術來達到。目前文獻中報道研究的柔性化電子器件主要有織物傳感器、織物電極、可傳輸信號的導電纖維或紗線、織物線路板、柔性顯示器等,如圖1所示。以上各種織物傳感器類產品都是通過將導電物質涂敷于織物上或將導線織入織物等方式賦予織物導電性能來實現的。因此,研發并掌握具有傳輸信號功能的導電纖維和織物的關鍵技術是電子元件柔性化的根本。
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